基于非線性光學(xué)方法產(chǎn)生高功率THz波輻射源的研究.pdf

1、THz波在成像、材料檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通信、天文學(xué)、生命科學(xué)、國(guó)防安全等領(lǐng)域均有重大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景?；谑芗る姶篷钭由⑸涞目烧{(diào)諧THz波參量振蕩器(TPO)具有效率高、相干性好、可調(diào)諧、窄線寬、結(jié)構(gòu)緊湊、室溫運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)?；谠釉诮滠S遷能級(jí)間的最大相干性頻率下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生THz波的方法具有高能量、量子轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。本文主要研究基于受激電磁耦子散射和基于原子在禁戒躍遷能級(jí)間最大相干性的THz波輻射源。
　　 本文的

2、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)可以歸納如下：
　　 1.分析了雙離子立方晶體、雙離子單軸晶體、多原子單軸晶體中電磁耦子的色散關(guān)系。研究了LiNbO3晶體中受激電磁耦子散射過(guò)程中的三波互作用理論。根據(jù)THz波在增益介質(zhì)中的增益和吸收表達(dá)式，利用脈沖激光器諧振腔理論，推導(dǎo)了TPO閾值表達(dá)式。分析了準(zhǔn)相位匹配TPO的調(diào)諧輸出特性，設(shè)計(jì)了準(zhǔn)相位匹配內(nèi)腔TPO，實(shí)現(xiàn)了泵浦光、Stokes光、THz波三者共線傳輸。
　　 2.利用硅棱鏡耦合輸出TPO得

3、到了有效的THz波輸出。實(shí)驗(yàn)中得到THz波的頻率調(diào)諧范圍為0.95-2.1THz，THz波平均功率為580nW，能量轉(zhuǎn)換效率為5.74×10-7。雙塊LiNbO3晶體淺表垂直出射TPO實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)THz波頻率為1.84THz，泵浦能量為80mJ時(shí)，產(chǎn)生的THz波強(qiáng)度為1932V。當(dāng)泵浦能量足夠強(qiáng)時(shí)，我們觀察到了三階Stokes光輻射。單塊大體積LiNbO3晶體淺表垂直出射TPO實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)THz波頻率為1.75THz，泵浦光能量為94mJ時(shí)

4、，產(chǎn)生的THz波的強(qiáng)度為9.12μW，對(duì)應(yīng)THz波能量轉(zhuǎn)換效率為9.7×10-6。其中THz波的輸出功率在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，在國(guó)際上處于先進(jìn)水平。
　　 3.基于受激電磁耦子散射產(chǎn)生THz波的理論，計(jì)算了閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體中參量振蕩產(chǎn)生可調(diào)諧THz波的相位匹配特性和增益特性。計(jì)算結(jié)果為基于閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體參量振蕩產(chǎn)生THz波提供了深入和全面的理論基礎(chǔ)。
　　 4.推導(dǎo)了電磁感應(yīng)透明過(guò)程中晶體的線性極化率和非線性極化率的表達(dá)式。